一种氮化铁/氮掺杂还原氧化石墨复合体的制备方法_2

文档序号:9317403阅读:来源:国知局
>[0025]二、配置有机胺/醇溶液:将有机胺加入到醇中,混合均匀得到有机胺/醇溶液;
[0026]三、混合:在温度为25°C和搅拌速度为100r/min?1000r/min的条件下以滴加速度为0.3mL/s?0.6mL/s将氧化石墨/无机铁盐混合液滴加到有机胺/醇溶液中,并继续在温度为25°C和搅拌速度为100r/min?1000r/min的条件下搅拌30min?60min,得到含有铁离子的有机胺配合物和氧化石墨的浑浊液;步骤三中所述的氧化石墨/无机铁盐混合液中无机铁盐与有机胺/醇溶液中有机胺的摩尔比为1: (3?10);步骤三中所述的氧化石墨/无机铁盐混合液中去离子水与有机胺/醇溶液中醇的体积比为出?15):1 ;
[0027]四、制备铁基团簇/还原氧化石墨烯前驱材料:将含有铁离子的有机胺配合物和氧化石墨的浑浊液转移至高压反应釜中,在温度为140?200°C下溶剂热反应6h?15h,然后冷却至温度为25°C,得到反应物,将反应物进行分离,得到固体反应物,以乙醇作为洗涤剂对固体反应物进行洗涤,洗涤3?5次,得到洗涤后固体反应物,将洗涤后固体反应物置于烘箱中,在温度为40?60°C下干燥2h?4h,得到铁基团簇/还原氧化石墨烯前驱材料;
[0028]五、焙烧:将铁基团簇/还原氧化石墨烯前驱材料置于管式炉中,在氨气气氛或氨气/惰性气体混合气体气氛下焙烧,得到氮化铁/氮掺杂还原氧化石墨复合体。
[0029]本实施方式步骤四中所述的高压反应釜为不锈钢内衬聚四氟乙烯反应釜。
[0030]本实施方式先采用混合的方式将所有原料按照比例混均,再采用简单的溶剂热法制备铁基团簇/还原氧化石墨烯前驱材料,最后在氨气气氛下焙烧得到超小尺寸氮化铁/氮掺杂还原氧化石墨复合体,本发明工艺简单,避免了繁琐的去除模板过程,重现性好、可操作性、成本低,产率高,易于实现商业化。
[0031]本实施方式是在水和醇的混合体系下铁离子静电吸附在氧化石墨表面同时,长链有机胺与铁离子进行配位。溶剂热反应过程中,在有机胺长链的限域诱导组装和溶剂溶解性差异的共同作用下,生成的铁基团簇表面形成了有机胺-醇的保护层;高温氮化时,有机胺-醇的保护层在高温下热分解的同时,抑制了铁基团簇的团聚,从而得到超小尺寸氮化铁/氮掺杂还原氧化石墨复合体。氮化铁尺寸均一、直径小于10nm。结构上的优势增加了氮化铁的活性位点,也使得超小尺寸氮化铁/氮掺杂还原氧化石墨复合体具有较好的导电性,在电化学催化领域中具有潜在的应用价值。
[0032]本实施方式的制备方法可拓展到其它高温合成的超小尺寸材料/还原氧化石墨的制备。
[0033]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一的不同点是:步骤一中所述的无机铁盐为硝酸铁、氯化铁或氯化亚铁。其他与【具体实施方式】一相同。
[0034]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二之一不同点是:步骤一中所述的氧化石墨/无机铁盐混合液中无机铁盐的浓度为1.0mmol/L?5.0mmol/L。其他与【具体实施方式】一或二相同。
[0035]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一至三之一不同点是:步骤二中所述的有机胺为十二胺、十四胺、十六胺或十八胺;步骤二中所述的醇选自乙二醇、异丙醇、乙醇和丙三醇。其他与【具体实施方式】一至三相同。
[0036]【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】一至四之一不同点是:步骤三中所述的氧化石墨/无机铁盐混合液中无机铁盐与有机胺/醇溶液中有机胺的摩尔比为1: (5?7);步骤三中所述的氧化石墨/无机铁盐混合液中去离子水与有机胺/醇溶液中醇的体积比为(8?10):1。其他与【具体实施方式】一至四相同。
[0037]【具体实施方式】六:本实施方式与【具体实施方式】一至五之一不同点是:步骤四中将含有铁离子的有机胺配合物和氧化石墨的浑浊液转移至高压反应釜中,在温度为160?180°C下溶剂热反应9h?12h,然后冷却至温度为25°C,得到反应物。其他与【具体实施方式】
一至五相同。
[0038]【具体实施方式】七:本实施方式与【具体实施方式】一至六之一不同点是:步骤五中将铁基团簇/还原氧化石墨稀前驱材料置于管式炉中,在气体流量为20mL/min?100mL/min的氨气气氛下,以升温速度为1°C /min?5°C /min从室温升温至500?1000 °C ,并在温度为500?1000°C和气体流量为20mL/min?100mL/min的氨气气氛下焙烧Ih?4h,得到氮化铁/氮掺杂还原氧化石墨复合体。其他与【具体实施方式】一至六相同。
[0039]【具体实施方式】八:本实施方式与【具体实施方式】一至七之一不同点是:步骤五中将铁基团簇/还原氧化石墨稀前驱材料置于管式炉中,在气体流量为20mL/min?60mL/min的氨气气氛下,以升温速度为3°C /min从室温升温至600?800°C ,并在温度为600?800°C和气体流量为20mL/min?60mL/min的氨气气氛下焙烧2h,得到氮化铁/氮掺杂还原氧化石墨复合体。其他与【具体实施方式】一至七相同。
[0040]【具体实施方式】九:本实施方式与【具体实施方式】一至八之一不同点是:步骤五中将铁基团簇/还原氧化石墨烯前驱材料置于管式炉中,在氨气的气体流量为20mL/min?50mL/min和惰性气体的气体流量为10mL/min?40mL/min的气氛下,以升温速度为1°C /min?5°C /min从室温升温至500?1000 °C,并在温度为500?1000 °C、氨气的气体流量为20mL/min?50mL/min和惰性气体的气体流量为10mL/min?40mL/min的气氛下焙烧Ih?4h,得到氮化铁/氮掺杂还原氧化石墨复合体。其他与【具体实施方式】一至八相同。
[0041]【具体实施方式】十:本实施方式与【具体实施方式】一至九之一不同点是:步骤五中将铁基团簇/还原氧化石墨烯前驱材料置于管式炉中,在氨气的气体流量为20mL/min?50mL/min和惰性气体的气体流量为10mL/min?40mL/min的气氛下,以升温速度为3°C /min从室温升温至600?800 °C,并在温度为600?800 °C、氨气的气体流量为20mL/min?50mL/min和惰性气体的气体流量为10mL/min?40mL/min的气氛下焙烧2h,得到氮化铁/氮掺杂还原氧化石墨复合体。其他与【具体实施方式】一至九相同。
[0042]本
【发明内容】
不仅限于上述各实施方式的内容,其中一个或几个【具体实施方式】的组合同样也可以实现发明的目的。
[0043]采用下述试验验证本发明效果
[0044]实施例1:一种氮化铁/氮掺杂还原氧化石墨复合体的制备方法,具体是按以下步骤完成的:
[0045]—、配置氧化石墨/无机铁盐混合液:将氧化石墨加入去离子水中,配置成浓度为3.0mg/mL的氧化石墨/水混合液,然后在温度为25°C和搅拌速度为500r/min的条件下向浓度为3.0mg/mL的氧化石墨/水混合液中加入硝酸铁,搅拌混匀后得到氧化石墨/无机铁盐混合液;步骤一中所述的氧化石墨是采用Hmnmers方法制备的;步骤一中所述的氧化石墨/无机铁盐混合液中硝酸铁的浓度为5.0mmol/L ;
[0046]二、配置十八胺/异丙醇溶液:将十八胺加入到异丙醇中,混合均匀得到十八胺/异丙醇溶液;
[0047]三、混合:在温度为25°C和搅拌速度为500r/min的条件下以滴加速度为0.5mL/s将氧化石墨/无机铁盐混合液滴加到十八胺/异丙醇溶液中,并继续在温度为25°C和搅拌速度为500r/min的条件下搅拌40min,得到含有铁离子的有
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